KR101138747B1 - 천연염료를 이용한 청색 안료액, 그 제조방법 및 그 활용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연염료를 이용한 청색 안료액, 그 제조방법 및 그 활용방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타닌 성분 등을 함유하는 천연염료와 황혈염 용액을 혼합하고, 그 혼합된 용액에 황산제일철로부터 제조된 철매염액을 혼합시킴으로써, 천연재료 자체의 항균기능을 그대로 살려줌과 동시에, 천연염료 본연의 색상 이외에 특히 청색을 낼 수 있는 안료액을 제조하는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법에 있어서, 천연염료를 준비하는 제1 단계; 황혈염을 물에 용해시켜 황혈염 용액을 제조하는 제2 단계; 상기 제2 단계에 의해 제조된 황혈염 용액과 상기 제1 단계의 천연염료를 혼합하는 제3 단계; 황산제일철과 물을 혼합하여 철매염액을 제조하는 제4 단계; 및 상기 제3 단계의 혼합 용액과 상기 철매염액을 혼합하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 무독성이며, 환경친화적인 천연 염료를 이용하여 다양한 색상의 청색을 낼 수 있는 안료액 및 그 제조방법을 제공할 수 있고, 또한 그러한 안료액에 천연바인더 또는 천연호료를 첨가하여, 다양한 용도, 예컨대 프린트용 잉크, 날염용 염료, 페인트/물감으로 활용할 수 있다.

Description

천연염료를 이용한 청색 안료액, 그 제조방법 및 그 활용방법{The method of manufacturing pigments using natural dyestuff, the pigments manufactured by the method and the use for the pigments}

본 발명은 천연염료를 이용한 청색 안료액, 그 제조방법 및 그 활용방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타닌 성분 등을 함유하는 천연염료와 황혈염 용액을 혼합하고, 그 혼합된 용액에 황산제일철로부터 제조된 철매염액을 혼합시킴으로써, 천연재료 자체의 항균기능을 그대로 살려줌과 동시에, 천연염료 본연의 색상 이외에 특히 청색을 낼 수 있는 안료액을 제조하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 안료는 크게 무기안료와 유기안료로 구분된다. 무기안료는 금속을 주성분으로 하는 유색 분말로서 비중이 크고, 착색력이 약하고, 여러 금속의 독성 때문에 착색제로서 그 사용이 점점 줄어들고 있다. 반면에, 유기염료는 주로 불용성 유기화합물로서, 발색단과 조색단을 가지는 분자구조를 갖도록 합성된 색소나, 천연의 동식물로부터 추출되는 것으로서, 풍부한 색상과 선명도를 가지나, 내광성, 내열성 등이 약하다는 단점이 있다. 특히, 천연염료는 독성이 거의 없고, 환경친화적이어서 갈수록 그 중요성 및 용처가 증가하고 있는 실정이다.

색소를 가지는 천연염료는 수백종이 있지만, 그 중에서 염료화학적 입장에서 볼 때 연구대상이 되기에 충분한 천연염료는 약 25종에 달한다. 천연염료를 염색성에 따라 대별하여 보면, 쪽, 치자, 황벽과 같이 매염제를 사용하지 않아도 충분히 염색이 가능하고, 하나의 염료에서 한 종류의 색만 염색되는 단색성 염료와, 탄닌, 소방, 울금, 꼭두서니 등과 같이 명반, 주석염, 구리염, 철염 등과 같이 매염제의 종류에 따라 다양하게 색이 변하는 다색성 염료로 구분된다. 천연염료를 이용하여 섬유에 착색하는 방법 등에 대해서는 많은 연구가 진행되었으나, 수용성이기 때문에 물에 쉽게 용해되어 사용상에 불편점이 있었다.

천연염료를 이용하는 방법에 대한 몇가지 선행기술들이 있다. 치자로부터의 치자 청색소의 제조방법(대한민국 특허공개번호 제2001-96213호) 등이 출원되었고, 쪽으로부터의 인디고 추출방법(대한민국 특허출원 출원번호 제2001-8323호), 소목 추출물을 이용하는 방법(대한민국 특허출원 출원번호 제2001-110562호) 등이 알려져 있다.

식물성 천연염료는 합성염료에 비해 무독성이며 환경친화적이라는 장점을 가지고 있어, 천연염료를 이용한 염색법에 관심이 집중되어 있다. 또한, 다양한 색을 얻기 위하여 여러 종류의 매염제를 사용하기도 한다. 이와 같이 천연물에서 색소를 추출하는 방법 등에 대해서는 많이 알려져 있으나, 천연염료의 특성상 이를 직물인쇄, 날염, 페인트/물감용으로 사용하기 위하여 안료화하는 기술에 대해서는 거의 알려진 바가 없다.

나아가, 특히 천연 염료로 표현이 어려운 대표적인 색상으로는 청색을 들 수 있는데, 이는 전통적으로 사용되는 천연 염료에는 청색 계열의 염료가 희귀할 뿐 아니라, 염착력 등의 문제로 인하여 청색 계열 염료 및 안료액을 제조하기가 어려웠기 때문이다.

따라서, 전술한 천연염료의 장점들에도 불구하고, 아직까지 천연염료로부터 직물인쇄, 날염, 페인트/물감용으로 널리 사용할 수 있는 청색 계열의 안료액을 제조하는 방법을 그 누구도 제시하지 못하고 있다.

이에, 본 발명자는 감물, 와인, 오배자, 복분자 등과 같은 천연염료를 이용하여 항균기능 및 천연 염료 본연의 색상 이외에, 특히 청색 계열의 색상을 낼 수 있는 안료액을 개발하기에 이르른 것이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 한계/문제점을 극복하기 위한 것으로서, 그 목적은 천연 염료 등을 이용하여 다양한 청색 계열의 안료액 및 그러한 안료액을 제조하는 방법, 나아가 그러한 안료액을 직물인쇄용 안료, 날염용 안료, 페인트/물감용으로 활용할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명은 황혈염의 배합 비율을 조절함으로써, 청색, 네이비, 남색에 이르기까지 청색계열의 다양한 색상을 낼 수 있는 안료액을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법에 있어서, 천연염료를 준비하는 제1 단계; 황혈염을 물에 용해시켜 황혈염 용액을 제조하는 제2 단계; 상기 제2 단계에 의해 제조된 황혈염 용액과 상기 제1 단계의 천연염료를 혼합하는 제3 단계; 황산제일철과 물을 혼합하여 철매염액을 제조하는 제4 단계; 및 상기 제3 단계의 혼합 용액과 상기 철매염액을 혼합하는 제5 단계

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 단계는 황혈염과 물을 중량비로 40~60:60~40 비율로 혼합한다.

보다 바람직하게는, 상기 제3 단계는 천연염료 1000 중량부에 대하여 황혈염 용액 10 내지 30 중량부로 혼합한다.

가장 바람직하게는, 상기 제4 단계는 황산제일철과 물을 중량비로 40~60:60~40 비율로 혼합한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제5 단계에서 혼합된 안료액을 10분 내지 1시간 동안 발색시키고, 혼합된 안료액에 포함된 찌꺼지를 걸러내는 제6 단계를 더 포함하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 천연염료은 감, 와인, 오배자, 삼백초, 복분자, 치자, 소목, 밤 중 적어도 하나로부터 추출된 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상술한 제조방법에 의해 제조된 청색 안료액을 제공한다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 상기 청색의 안료액에 천연바인더 또는 천연호료를 첨가하여 잉크용 안료, 날염용 안료, 페인트 또는 물감으로 활용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 무독성이며, 환경친화적인 천연 염료를 이용하여 청색 계열의 다양한 색상을 낼 수 있는 안료액 및 그 제조방법을 제공할 수 있고, 또한 그러한 안료액에 천연바인더 또는 천연호료를 첨가하여, 다양한 용도, 예컨대 직물인쇄, 날염, 페인트/물감으로 활용할 수 있다.

또한, 제조 방법에서 황혈염의 배합 비율을 적절히 조절함으로써, 청색 계열의 다양한 색상을 원하는대로 제조할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법 등을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 무독성이면서, 자연친화적 특성을 가지는 천연 염료를 이용하여 청색의 안료액을 제조하는 기술에 관한 것이기 때문에, 본 발명에 사용되는 천연 염료는 천연 상태에서 직접적으로 채취할 수 있는 모든 염료를 포함하는 개념으로 해석되어야 할 것이다.

다만, 이하에는 본 발명자가 본 발명의 안료액을 개발하면서 실험했던 천연 염료를 예시적으로 설명하기로 한다.

그러나, 본 발명은 이러한 예시적인 천연 염료에 한정되는 것이 아니라는 것을 당업자라면 충분히 인지할 수 있을 것이다.

① 감물

감은 감나무에서 열리는 열매로서, 포도당과 과당의 함유량이 많은데, 떫은맛을 내는 디오스프린이라는 타닌 성분을 포함하고 있으며, 그 밖에 펙틴, 카로티노이드 등도 함유하고 있다. 감물을 이용하여 염색할 경우, 고동색 계열의 색상이 발색된다.

② 꼭두서니

가삼자리, 갈퀴잎이라고도 하며, 연한 노란색 꽃이 피는 꼭두서니과의 여러해살이 덩굴식물로서, 주로 뿌리가 염색 재료로 쓰인다.

③ 치자

치자 나무 역시 꼭두서니과의 상록관목으로서, 통상 그 열매를 치자라고 부르는데, 과거부터 음식물의 착색제 등으로도 사용되어 왔다.

④ 밤

밤나무의 열매로서, 탄수화물, 단백질, 각종 지방, 칼슘, 비타민 등이 포함되어 있으며, 껍질에서 얻은 타닌이 염색이나 피혁가공 등에 쓰인다.

⑤ 자초

자초는 쌍떡잎식물 통화식물목 지치과의 여러해살이풀인 지치의 뿌리로서, 한방에서는 약재로 쓰이기도 하며, 과거부터 자주색 염료로서 사용되어 왔다.

⑥ 오배자

매미목 진딧물과의 오배자면충이 옻나무과의 붉나무(오배자나무)의 잎에 기생하여 만든 벌레혹을 일컫는 것으로서, 타닌 성분을 50～60% 함유하고 있어 타닌제를 비롯하여 염모제나 잉크의 원료가 되기도 한다.

⑦ 아나토

잇꽃 나무의 씨를 이용하여 만든 향신료로서, 잇꽃 나무의 씨 껍질을 물이나 기름에 녹여서 나온 빨간색이 주로 착색료로 이용된다.

⑧ 예덕나무(비당나무)

쌍떡잎식물 이판화군 쥐손이풀 대극과의 낙엽 소교목으로서, 나무껍질에 다량의 타닌 성분이 함유되어 있다.

⑨ 아카시아

쌍떡잎식물 장미목 콩과의 한 속으로서 상록수이며, 타닌 성분을 함유하고 있는데, 식물 염료의 일종인 카테큐(catechu)를 추출하여 지사제, 염료, 수렴제 및 타닌재 등으로도 이용하며, 이것을 약으로 쓸 때 후술할 아선약이라고도 한다.

⑩ 아선약

한방에서 아선약나무, 카테큐나무의 속이나 아카시아, 미모사 따위의 잎이나 가지를 졸여 만든 약을 일컫는다. 약재로서 해열제, 소화제, 지혈제 등으로 사용되기도 하는데, 밤색 물감의 원료 및 가죽 공업에도 사용되어 왔다.

⑪ 대황

쌍떡잎식물 이판화군 마디풀목 마디풀과의 여러해살이풀로서, 한방에서는 6~7년 경과한 원뿌리의 껍질과 우엉 모양을 한 잔뿌리들을 제거하여 그대로 또는 통째로 썰어서 말린 약재를 일컫는다. 연한 황토색 색상을 낸다.

⑫ 백단향

백단향 나무로부터 물로 추출하여 백단향 색소를 얻을 수 있으며, 산성에서는 적색, 알칼리성에서 자색을 나타낸다.

⑬ 석류

석류나무의 열매로서, 포도당, 과당, 시트르산 등이 들어있으며, 껍질에는 타닌, 종자에는 천연식물성 에스트로겐이 들어있기도 한데, 예로부터 그 과즙은 빛깔이 고와 음식, 술 등의 색상을 내는 데에도 사용되었다.

⑭ 와인

포도나 포도즙을 발효시켜 만든 과실주로서, 주로 적색이나 자색 계열의 색상을 가진다.

본 발명의 일 실시예는 천연염료를 준비하는 제1 단계, 황혈염을 물에 용해시켜 황혈염 용액을 제조하는 제2 단계, 상기 제2 단계에 의해 제조된 황혈염 용액과 상기 제1 단계의 천연염료를 혼합하는 제3 단계, 황산제일철과 물을 혼합하여 철매염액을 제조하는 제4 단계 및 상기 제3 단계의 혼합 용액과 상기 철매염액을 혼합하는 제5 단계로 이루어진다.

상기 제1 단계는 상기 예시된 천연 염료를 포함하여 색소를 포함하는 광의의 천연염료를 준비하는 단계이다. 예컨대, 타닌 성분 등을 함유하는 감물 그 자체가 천염 염료가 될 것이다.

상기 제2 단계는 황혈염 용액을 제조하는 단계로서, 황혈염을 5 내지 25℃의 물에 용해시켜 황혈염 용액을 제조하게 된다. 여기서, 황혈염은 그 정식 화합물질명은 헥시아노철(II)산칼륨(K4[Fe(CN)6])이며, 황혈칼륨이라고도 불려진다. 바람직하게는, 상기 황혈염을 물에 용해시킴에 있어서 황혈염과 물을 중량비로 40~60:60~40 비율로 혼합한다. 가장 바람직하게는, 황혈염과 상온의 물을 중량비 로 1:1 비율로 혼합한다.

상기 제3 단계는 상기 제2 단계에서 제조된 황혈염 용액과 상기 제1 단계에서 준비된 천연염료를 혼합한다. 이 단계까지는 아무런 색깔의 변화가 없다. 바람직하게는, 천연염료 1000 중량부에 대하여 황혈염 용액 10 내지 30 중량부로 혼합한다. 가장 바람직하게는, 천연염료 1000 중량부에 대하여 황혈염 용액 20 중량부로 혼합한다.

상기 제4 단계는 황산제일철과 10 내지 40℃의 물을 혼합하여 철매염액을 제조하는 단계이다. 여기서, 황산제일철(FeSO₄)은 연한 녹색의 결정 형태이기에 녹반이라고도 불려지는 것으로서, 바람직하게는 혼합되는 물의 온도를 10 내지 40℃로 함으로써, 짧은 시간내에 황산제일철이 물과 충분히 용해되도록 한다. 특히, 물의 온도가 10℃ 이하이면, 반응속도가 느려 용해 시간이 오래 걸릴 수 있음은 물론 용해도 또한 낮은 문제가 있고, 물의 온도가 40℃ 이상일 경우에는 황산제일철로부터 독소가 용액으로 배출되는 문제가 있다. 바람직하게는, 황산제일철과 물을 중량비로 40~60:60~40 비율로 혼합한다. 가장 바람직하게는, 황산제일철과 30℃의 물을 1:1 중량비로 혼합한다.

상기 제5 단계는 상기 제3 단계에서 얻은 혼합 용액, 즉 황혈염 용액과 천연염료의 혼합 용액과 상기 제4 단계에서 제조한 철매염액을 혼합하는 단계이다. 이러한 제5 단계에 비로소 청색으로 변하기 시작하는데, 황혈염의 비율이 높을수록 청색으로 발색되며, 반대로 황산제일철의 양, 즉 철매염액의 비율이 높을수록 남색 으로 발색된다. 따라서, 본 발명에 의하면 활혈염의 배합 비율을 적절히 조절함으로써, 다양한 색감 및/또는 농도를 가지는 청색 안료액을 제조할 수 있다.

상기와 같이, 청색으로 발색되는 작용기작은 천연염료 중 타닌과 같은 성분을 포함하는 황혈염이 철매염액의 철원소 성분과 서로 상호 작용하여 청색을 발색시키는 것이다. 즉, 천연염료의 타닌 성분과 황혈염 그리고 황산제일철이 상호 작용하여 점진적으로 청색을 발색시키게 되는 것이다.

보다 바람직하게는, 상기 제5 단계에서 혼합된 안료액을 10분 내지 1시간 동안 숙성시켜 충분한 발색이 이루어지도록 한다. 이는 혼합된 원료가 충분히 상호 반응하여 원하는 청색으로 발색되도록 하기 위함이다.

나아가, 충분한 발색이 이루어진 다음에는 혼합 안료액내에 포함될 수 있는 불순물 찌거기 등을 거즈 등을 이용해 제거할 수 있다. 이는 찌꺼기 등에 의해 얼룩 등이 발생하는 것을 미연에 방지하기 위함이다.

상기와 같은 제조 방법에 의하면, 종래 천연염료를 이용하여 발색시키기 어려웠던 청색 계열의 안료액을 제조할 수 있다.

나아가, 상기 제조 방법에 의해 제조된 안료액을 다음과 같이 다양하게 활용할 수 있다.

1. 직물 인쇄용 안료

상기 제조된 안료액에 천연바인더 또는 천연호료를 첨가하여 점도를 조정한 다음, 그 안료액을 직물에 도포하여 특정 무늬 등을 형성할 수 있다. 이 경우, 도포된 직물을 열처리하고, 수세과정을 통하여 남아있는 잔류물 및 천연바인더 등을 제거한 다음, 최종적으로 건조한다.

2. 날염용 염료

상기 제조된 안료액에 천연호료 또는 천연바인더를 첨가하여 점도를 조정한 다음, 날염용 염료로 활용할 수 있다. 이 경우 직물을 날염한 다음, 열처리 및 수세 과정을 통해 남아있는 잔류물이나 호료를 제거한다. 여기서, 사용되는 천연호료로는 가용성 전분, 미역/다시마 등의 해초류, 아교, 덱스트린(dextrin) 등을 사용할 수 있다.

3. 페인트 및 물감

상기 제조된 안료액에 수성 식물성 천연 바인더를 첨가한 후 교반하여 점도를 조정한 다음, 원하는 그림이나 페인트칠을 한 다음 자외선에서 자연 건조를 하거나 열처리해 건조한다.

이하에서는 전술한 천연 염료 중 감즙을 이용한 청색 안료액을 제조하는 방법을 일 실험예로 제시한다. 본 발명자가 하기 실험예에 기재된 방법으로 안료액을 제조해 본 결과, 아주 선명하면서도 염착성이 우수한 청색의 안료액을 얻을 수 있었다.

<실험예>

감물을 이용한 청색 안료액의 제조방법

1)감물 1리터를 준비하였다.

2)황혈염 10g을 상온의 물 10g에 용해시켜, 황혈염액을 제조하였다.

3)2번에서 제도된 황혈염액과 1번에서 준비된 감즙을 혼합 및 교반하였다.

4)황산제일철 10g을 30℃ 물 10g에 용해시켜, 철매염액을 제조하였다.

5)3번에서 제조된 혼합 용액과 4번의 철매염액을 혼합 및 교반하였다.

비로소, 철매염액(특히, 황산제일철)이 상기 3번의 혼합물과 반응하면서, 청색의 색깔로 발색되게 된다.

6)5번에서 얻은 용액을 30분 동안 숙성시켜 충분한 발색이 이루어지게 하였다.

본 발명자는 상기 제조방법에 의해 청색의 안료액을 제조할 수 있었고, 나아가 그렇게 제조된 안료액에 선택적으로 천연바인더 또는 천연호료 등을 첨가하여 직물 인쇄용 안료, 날염용 안료, 페인트/물감 등으로 활용할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명을 바람직한 실험예에 의해 설명하였으나, 본 발명은 상기 설명된 실험예에 의한 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법에 있어서,

   감, 꼭두서니, 치자, 밤, 자초, 오배자, 아나토, 예덕나무, 아카시아, 아선약, 대황, 백단향, 석류 및 와인으로 이루어진 군으로부터 추출된 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 천연염료를 준비하는 제1 단계;

   황혈염을 물에 용해시켜 황혈염 용액을 제조하는 제2 단계;

   상기 제2 단계에 의해 제조된 황혈염 용액과 상기 제1 단계의 천연염료를 혼합하는 제3 단계;

   황산제일철과 물을 혼합하여 철매염액을 제조하는 제4 단계; 및

   상기 제3 단계의 혼합 용액과 상기 철매염액을 혼합하는 제5 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 단계는 상기 혼합되는 물의 온도를 5 내지 30℃로 하고, 황혈염과 물을 중량비로 40~60:60~40 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제3 단계는 천연염료 1000 중량부에 대하여 황혈염 용액 10 내지 30 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제4 단계는 상기 혼합되는 물의 온도를 10 내지 40℃로 하고, 황산제일철과 물을 중량비로 40~60:60~40 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제5 단계에서 혼합된 안료액을 10분 내지 1시간 동안 발색시키고, 혼합된 안료액에 포함된 찌꺼지를 걸러내는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 청색 안료액의 제조방법.
6. 삭제
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 청색 안료액.
8. 감, 꼭두서니, 치자, 밤, 자초, 오배자, 아나토, 예덕나무, 아카시아, 아선약, 대황, 백단향, 석류 및 와인으로 이루어진 군으로부터 추출된 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 천연염료와, 황혈염을 물에 용해시킨 황혈염 용액을 혼합한 후, 황산제일철을 물에 용해시킨 철매염액을 혼합하여 제조된 청색 안료액.
9. 삭제
10. 제 8 항의 청색 안료액에 천연바인더 또는 천연호료를 첨가하여 직물 인쇄용 안료, 날염용 안료, 페인트 또는 물감으로 활용하는 청색 안료액의 활용방법.